复合材料的增强体.ppt

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1、第三章复合材料的增强体3.1增强体概念及分类概念：增强体是复合材料中能提高基体材料力学性能的组元物质，是复合材料的重要组成部分，起着提高基体的强度、韧性、模量、耐热、耐磨等性能的作用。2增强体具备的特性：应能明显提高某种所需特性的性能；具有良好的化学稳定性；与基体有良好的润湿性3分类：纤维类（连续长纤维和短纤维）颗粒类晶须类金属丝片状物4一、碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。最高强度可达7000MPa，弹性模量可达900GPa，密度约为1.8~2.1g/cm3，并具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温、耐腐蚀等性能。3.2无机非

2、金属纤维碳纤维由高度取向的石墨片层组成，具有明显的各向异性，沿纤维轴向性能高，沿横向性能差。5碳纤维的制造：（1）气相法：在惰性气氛中小分子有机物（如烃或芳烃等）在高温沉积而成纤维。该法适宜制取短纤维或晶须。（2）有机纤维碳化法：先将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，然后再在惰性气氛中在高温下进行煅烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维。此法可制备连续长纤维。6制造碳纤维的5个阶段：拉丝牵引稳定碳化石墨化7制造碳纤维的主要原材料：聚丙烯腈（PAN）纤维：黏胶碳纤维；沥青碳纤维8二、硼纤维（B）硼纤维具

3、有较低的密度（2.4~2.6g/cm3）、较高的强度（3.45GPa）、很高的弹性模量（400）和熔点（2000℃以上）及较高的高温强度。9硼纤维的制造：2BCl3+3H2→2B+6HCl采用化学气相法在一根受热的钨丝或碳丝上沉积而成。10制造技术的改进：采用成本低廉、表面涂钨（或碳）的石英玻璃纤维芯材替代钨丝和碳丝；改进设备：采用辅助外部加热装置和射频加热装置实现反应温度的均匀分布；对硼纤维进行后处理：化学处理（消除表面缺陷）和表面涂层处理（增加硼纤维的辅助保护层，使其在高温下不与基材反应）11三、碳化硅纤维（SiC）碳化硅纤维具

4、有优异的力学性能（如直径为10~15μm的纤维，拉伸强度为2500~3000MPa，弹性模量为180~200GPa，密度为2.55g/cm3）、耐热氧化性能、耐化学腐蚀性能。12碳化硅纤维的应用：喷气发动机涡轮叶片、飞机螺旋桨受力部件、大口径军用步枪枪筒套管、坦克履带、火箭推进剂传送系统、先进战斗机的垂直安定面、火箭发动机外壳等。13四、氧化铝纤维氧化铝纤维具有优异的机械强度和耐热性能，抗拉伸强度大，弹性模量高，化学性质稳定，耐高温，多用于高温结构材料，也可用做高温绝缘滤波器材料。14氧化铝短纤维制备：离心甩丝法：将熔融的氧化铝陶瓷

5、熔体流落到高速旋转的离心辊上，甩成细纤维。15氧化铝长纤维制备：烧结法：以Al2O3细粉与Al(OH)3及少量Mg(OH)2混合成一定黏度的纺丝料进行干法纺丝，纺成的丝在1000℃以上高温烧结成Al2O3纤维，为减少表面缺陷，常在纤维表面途覆一层0.1μm的SiO2涂层。16氧化铝长纤维制备：先驱体法：将烷基铝或烷氧基铝与水进行水解缩合为聚铝氧烷，再与有机聚合物混合制成浆液，用干法纺丝后，在空气中逐步加热，形成α-Al2O3纤维。17氧化铝长纤维制备：熔融法：将Al2O3在坩埚中加热熔化（约2400℃），熔融的氧化铝通过喷丝板，以一

6、定的速率拉出，冷却凝固形成直径为50~500μm的氧化铝连续纤维。18五、玻璃纤维玻璃纤维是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制成，单丝直径为几微米到几十微米。19无碱玻璃纤维（E玻纤）：以钙铝硼硅酸盐组成，纤维强度高，耐热性和电性能优良，抗大气侵蚀，化学稳定性较好（不耐酸）。碱性氧化物含量小于1%。中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量在11.5%~12.5%之间。耐酸性好，强度不如E玻纤，价格便宜。有碱玻璃（A玻璃）纤维：含碱量高，强度低，对潮气侵蚀敏感，很少用作增强材料。碱性氧化物含量大于12%。特种玻璃纤维2

7、0玻璃纤维的化学组成：化学组成主要为：二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等。玻璃纤维中加入氢化纳、氢化钾等碱性物质为助熔剂：通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔液中气泡易排除。21玻璃纤维的物理性能：玻璃纤维拉伸强度高，防火，防霉，防蛀，耐高温和电绝缘性能好。缺点是脆性大，易折断，模量低，不耐磨，长期放置强度会稍有下降。22（1）外观和比重：表面光滑，密度2.16~4.30g/cm3。（2）表面积大（3）拉伸强度高：1500~4000MPa原因：微裂纹理论：玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均

8、匀性，使微裂纹产生机会减少。玻璃纤维断面较小，随着表面积减少，微裂纹存在概率也相应减少。影响因素：纤维直径大小（直径小，拉伸强度大），纤维长度（长度增加拉伸强度下降），化学组成（含碱量增加，强度下降），纤维存放时间，纤维成型方式等。2